粉体技术包括：制备、加工、测试。制备有各种物理、化学、机械方法，加工作业有粉碎、分级、分散、混合、制粒、表面处理、流态化、干燥、成形、烧结、除尘、粉尘爆炸、输运、储存、包装等，测试是对粉体各种几何、力学、物理、化学性能的表征。

　　粉体产业遍布国民经济各个部门：水泥、陶瓷、耐火材料、食品、饮料、香料、糖、咖啡、茶、盐、饲料、农药、中西药、废弃物、气溶胶、污水处理、催化剂、染料、涂料、化妆品、塑料、橡胶、电池、洗涤剂、牙膏、纸、搪瓷、磨料、粉末冶金、煤、硬质合金、矿粉、抗菌剂、纳米粉、光催化剂、火药、集束弹等。

　　粉体技术是粉体行业的共性技术，先进的粉体技术可能是从某个粉体产业部门先发展起来的，如粉末注射成形最早是从塑料行业先发展起来的。在解决了粘结剂后，很快扩展到粉末冶金、陶瓷行业，成为可制备三维复杂形状的一种节能、节材、大批量生产的加工工艺，目前在汽车零部件、办公用品、计算机、手机、首饰、医疗器械、体育用品等有广泛应用。

　　因此，各粉体产业的发展必推动粉体技术的发展，目前有哪些值得关注的粉体产业呢?这些产业发展对粉体技术又有些什么需求呢?本文将逐一加以介绍，限于学识，由于涉及的知识面太广，有不当之处，敬请谅解。

　　1.能源

　　当今能源问题已成攸关人类生存的大问题，石油天然气资源很快就会枯竭。人们出行用汽车、取暖有热电厂，所排放的废气，环境污染严重，不但气温升高、海平面上升，据介绍新生婴儿的残病比例逐年上升。改变能源结构已成刻不容缓的大事，太阳能、风能、核能、氢电池的利用已成为迫切需要解决的课题。

　　1.1太阳能电池

　　太阳能电池由转换效率η衡量，与半导体禁带宽度Eg有关，在Eg为1.5eV时，可获最大值：

　　其中：E是光电动势; I是光电流强度; 是光入射通量; S是相关灵敏度。

　　太阳能电池有三种类型：硅太阳能电池，薄膜太阳能电池，PN异结太阳能电池。

　　具体地说：①单晶硅太阳能电池，硅Eg为1.1eV，转换效率η为18%，易掺杂，缺点是价格贵，使用寿命短；

　　②多晶硅太阳能电池，转换效率η仅为2~8%，经表面改性可提高到13.4%，价格便宜，易获得，缺点是不容易控制均匀性；

　　③非晶硅太阳能电池，η为10%，当与晶体硅组成异结结构η可达20.7%，性能稳定，表面复合速率低，成本低；

　　④化合物半导体薄膜太阳能电池，GaAs，CdTe，CuInSe2(CIS)等半导体，禁带宽度在1~1.6间，与太阳光匹配好，且吸收系数大，几个微米厚即可。CIS的η可达18.8%，，CdTe的η可达16%，InGaP/GaAs的η可达30%，适合空间飞行器电源；

　　⑤陶瓷太阳能电池，金属——氧化物——半导体(MoS)太阳能电池的η可达20%，但工艺复杂。

　　1.2 燃料电池

　　燃料(即氢)由储氢材料提供(负极)，氧化剂(通常用空气中氧)通过正极提供，燃料与负极催化电解形成电子和离子，负极催化剂通常是Pt、Ni、Wc等，电子通过外电路用于负载，离子通过电解质到达正极形成H2O和CO2，电介质浸泡在多孔隔膜中，按电介质不同，燃料电池可分5类：KOH，H2PO4，质子交换膜，K2/Li2CO3，固体氧化物。

　　燃料电池应用在电动汽车上，有的国家，电动汽车已开始批量生产。

　　1.3 储氢材料

　　储氢材料不但应用在燃料电池上作为氢源，在蓄热、热泵、氢压缩机等方面也有广泛应用，原因是储氢材料中氢以原子态储存，储氢密度比液氢还高，释放需经扩散、相变、化合等过程，受热效应、速度的制约，不易爆炸，安全系数高。

　　储氢材料有二类元素构成：A类如稀土、Ti、Zr、Ca、Mg、V、Nb等，主要是储氢，与氢反应放热(ΔH<0)；B类是难于形成氢化物的金属，如Ni、Fe、Co、Mn、Cu、Al、Cr等，氢溶于这些金属为吸热反应(ΔH>0)。目前应用的储氢材料由这二类元素构成为AB5、AB2、AB、A2B等类型。原材料经熔炼(感应炉或等离子电弧炉)直接由氩气雾化得到储氢材料合金粉，或铸锭，后经破碎、磨碎得到合金粉。

　　①蓄热应用，利用两种储氢材料，其中一种储氢，另一种蓄热，后者流向前者时蓄热，反方向流动时放热。利用前者把工业废热、地热、太阳能蓄热，需要时反方向流动再放热利用。

　　②热泵，由同一温度但分解压不同的两种储氢材料组成热力学循环系统，利用平衡压差驱动氢气运动，使两种合金分别处于吸氢和放氢状态，从而达到制冷制热的目的。这种热泵的优点是明显的：无运动部件，也就没有磨损、噪声、腐蚀等问题，也不会有氟利昂破坏大气层的问题。

　　③氢压缩机，利用低温热源和高温热源改变氢化物温度，从而产生压力，推动活塞，将热能转换为机械能。这种氢压缩机体积小，无振动，又可利用废热，经多段压缩可产生高压。

　　2.纳米颗粒与纳米技术

　　纳米技术是指对1~100nm尺度下进行测量、设计和操控的技术，纳米粉体(如纳米晶体、纳米管等)和纳米生物马达乃是纳米尺度下的初级组装，高级组装要求把分子组装成有用的物体，使用结束后，又把物体分解为分子。

　　在生命体中已实现了这种高级组装，因为纳米技术完成高级组装的第一步，是对生命体过程中自组织、亚细胞过程和系统生物(如神经系统的生物过程)的揭示和了解。单分子测量正实现对分子马达、酶反应、蛋白质动力学、DNA转录和细胞信号进行直接观察，并测定体内细胞的化学组成。

　　德国的Nanobionet能力联网认为目前可供开发的纳米技术产业领域为：分子医学、药物、抗菌涂层、光催化和功能化纺织品等。

　　著名商业经济杂志“Forbes”已连续三年对全球纳米科技产品分别进行了评选(见下表)，通过选出的这30项纳米产品，初步可看出目前全球市场较为成熟的纳米技术产品，以及未来几年可能最为活跃的纳米产品领域，以帮助广大消费者鉴别真伪“纳米产品”。

　　分子医学纳米技术有三个方向：①了解亚细胞结构和疾病的分子起因之间的关系；②复制传感系统(皮肤、耳、眼、鼻、手脚等)和制作相应传感器；③了解细胞的能源供应和转换。

　　目前医学上比较现实的纳米技术研究有：①纳米药物传送；②假肢和植体(如臀部替代物、电子眼、电子鼻等仿生纳米材料)；③诊断上运用悬臂生物传感器、各类扫描探针、芯片实验技术等。

　　药物传送系统(DDS)一直是药物研究的重要课题，从传统的口服、注射、植入及透皮缓控释制剂，到纳米颗粒和纳米药物制剂的纳米给药系统，使智能式药物释放成为可能，所谓智能式药物释放有三种类型：外部调节式(外部信号主要有光、电、热、磁、超声波、pH等)、自调节式(通过病人发病时特异信号)和靶向式(定向释放)，如药物共轭的量子点作为药物载体(一般应<10nm大小)，像4nm大小的Cd-Se量子点(外包一层ZnS)，能发蓝光，容易由荧光细胞分离系统分析，同时量子点还易与生物分子(如DNA、RNA)接上。类似的量子点还有，如表面涂银的金纳米粒，荧光检测的灵敏度可提高50倍。此外，纳米管和纳米线也可作为药物载体，它对单分子的氧化、还原反应，会引起电阻或电导变化。

　　假肢和植体的例子更多了，如铂同位素植入肿瘤部位；能与骨组织形成牢固的化学键结合的生物活性陶瓷粉——羟基磷灰石；合成高分子材料用于人体组织的缝合和植入物(如人工心脏、肾、食道等)，由于高分子可降解，用完即可被机体吸收。

　　3. 抗菌材料和环境治理

　　3.1 上世纪80年代后发展起来的无机抗菌材料分下面三大类：

　　①银、铜、锌金属系，如磷酸盐(磷酸钛盐、磷酸锆、磷酸银等)、硅酸盐(沸石、粘土矿、硅胶、硅铝酸镁等)及其他(活性炭、氧化钛、铬盐、可溶性玻璃等)；

　　②氧化物/天然系，如氧化镁、氧化银、氧化锌、扇贝牡蛎等钙制剂、天然矿石；

　　③氧化物光催化系，如氧化钛。

　　抗菌材料市场日本最大，2001年统计，日本为100，欧美则为5，我国仅0.1～1。在日本主要开发电器抗菌材料，如抗菌洗衣机、抗菌空调、抗菌冰箱、抗菌电话，还有电饭锅，换气扇，食品工业上抗菌干燥机用量也大。在欧美主要在玩具、日用品终端产品上用。我国在卫生陶瓷、墙面砖、保鲜膜、抗菌纤维等方面已有一定生产规模，实际上有许多市场急待开发，如我国每年消费10亿支牙刷，按卫生部要求每45天应换一下，这个数量就要翻10倍了，如果改用抗菌牙刷，就可大大节省；还如牛奶是许多家庭天天要喝的，可惜由于包装袋不抗菌，因细菌数量超标每年要倒掉几百吨牛奶；还如熟肉制品，每次市场抽查总有30%不合格，最多的大肠菌超标160多倍。有人估计，光是饮料包装市场，抗菌材料就有1000亿的市场。不用说浴室卫生间，厨房用抗菌瓷砖、抗菌内衣裤、袜子、毛巾、胸罩(以防螨虫和真菌繁殖)市场大得更为惊人。

　　3.2 和银、铜、锌系的抗菌原理不同，光催化材料(如TiO2类半导体)通过分解有机物(包括细菌)达到抗菌和环境净化。除此之外，光催化材料在水分解制氢、太阳能电池、污水处理、光催化化学反应等方面都有应用。

　　光分解反应的典型例子是卤化银成像过程：

　　植物中的叶绿素就是光触媒，光合作用是叶绿素在阳光作用下使CO2与H2O反应生成淀粉和氧气，叶绿素本身并不发生变化。

　　半导体分为三类：

　　①氧化型半导体，如WO3、Fe2O3、MoS2等，在光照下水氧化放出氧气；

　　②还原型半导体，如CdSe，在光照下使水还原放出氢气；

　　③氧化还原型半导体，如TiO2、CdS等在光照下同时放出氧气和氢气。

　　TiO2表面在光作用下，正空穴和光催化过程中产生的各种自由基具有非常强的氧化能力，几乎可以氧化所有的有机物(包括细菌)，使有机物分解完全矿化为CO2和H2O，由于无毒、价廉、高光催化活性、化学性质稳定(抗酸碱等)，以TiO2为基础的光催化剂是目前公认的性能优良的光催化剂，特别是纳米TiO2，光生载流子迁移的距离就短，不用扩散就可转移到颗粒表面，缺点是TiO2的宽带隙，只能响应紫外线和近紫外线，从而应用受到限制。为了拓展光响应，抑制电子空穴的复合，目前研究上采用很多方法，如①SnO2修饰TiO2，宽带隙修饰宽带隙；②CdS修饰TiO2，窄带隙修饰宽带隙；③表面沉积金属；④非金属掺杂，可改善TiO2可见光区的光催化活性，如掺杂N，使TiO2在可见光区拓展到520nm波长；⑤孔洞结构。

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